淺埋煤層開采對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響論文
１淺埋煤層開采對(duì)生態(tài)環(huán)境影響研究現(xiàn)狀
�。保睂�(duì)地表塌陷影響的研究
煤層覆巖破壞機(jī)理及模式一直是礦井安全生產(chǎn)的研究熱點(diǎn)，而淺埋煤層的開采，更容易引起嚴(yán)重的覆巖破壞和地表塌陷。此類地質(zhì)條件下的煤炭開采還呈現(xiàn)出特殊的地表沉陷現(xiàn)象，例如下沉系數(shù)和水平移動(dòng)系數(shù)偏大，下沉范圍較水平移動(dòng)范圍小等。目前國內(nèi)學(xué)者對(duì)該領(lǐng)域進(jìn)行了比較充分研究。張文軍對(duì)淺埋煤層開采覆巖移動(dòng)規(guī)律的研究表明，煤層開采后，覆巖會(huì)發(fā)生直達(dá)地表整體切落現(xiàn)象，形成貫通裂縫和地裂縫。范鋼偉在神東礦區(qū)的研究結(jié)果表明，隨開采工作面的推進(jìn)，覆巖會(huì)出現(xiàn)與地表同步垮落現(xiàn)象，工作面推進(jìn)越快，裂隙擴(kuò)展的時(shí)間越短，裂隙閉合也越快；覆巖強(qiáng)風(fēng)化帶的存在，有利于消解部分采動(dòng)裂隙。王金安采用三維有限差分程序ＦＬＡＣ３Ｄ和二維離散元程序ＵＤＥＣ對(duì)淺埋堅(jiān)硬覆巖下煤礦開采的地表塌陷機(jī)理進(jìn)行了數(shù)值模擬。徐友寧繪制了神東礦區(qū)地面移動(dòng)變形曲線圖，并總結(jié)了該礦區(qū)４個(gè)礦的地表塌陷特點(diǎn)，給出了塌陷指數(shù)。張濤以新疆奇臺(tái)縣某煤礦為研究對(duì)象，對(duì)地表沉陷進(jìn)行了預(yù)測(cè)，劃定了沉陷范圍，并提出減少煤炭開采對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的措施，為礦井后續(xù)開發(fā)建設(shè)提供環(huán)境保護(hù)依據(jù)。總結(jié)現(xiàn)有研究成果，研究者不僅對(duì)淺埋煤層開采地表塌陷規(guī)律進(jìn)行了分析，而且同時(shí)運(yùn)用不同方法提出了有效地表塌陷預(yù)測(cè)模型，這也是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。
�。保矊�(duì)水資源影響的研究
在氣候干旱、水資源匱乏、生態(tài)脆弱的西部淺埋煤層礦區(qū)，綜放采煤方式引起的冒裂帶高度能夠在薄基巖地帶貫通地表，破壞上覆含水層，地下水位下降，地表水體縮減或干枯。蔣曉輝通過對(duì)窟野河流域研究表明，由于采煤改變了水文地質(zhì)條件，直接表現(xiàn)為河川徑流減少，地下水存蓄量遭到破壞。李連娟認(rèn)為榆神礦區(qū)礦山開發(fā)對(duì)水環(huán)境影響主要可以歸結(jié)為地下水位下降、地下水平衡狀態(tài)破壞和水質(zhì)污染，并提出了開展采煤保水、調(diào)整開發(fā)規(guī)劃的措施。王力研究也表明，榆神府煤田開采對(duì)地下水影響包括破壞地下水天然儲(chǔ)水構(gòu)造、惡化地下水環(huán)境質(zhì)量。常金源等在神南礦區(qū)根據(jù)煤層采動(dòng)對(duì)地下水的影響程度，將研究礦區(qū)劃分為砂層嚴(yán)重、一般、輕微失水區(qū)以及風(fēng)沙灘無影響４個(gè)區(qū)，并強(qiáng)調(diào)在采礦過程中應(yīng)采取相應(yīng)技術(shù)保護(hù)寶貴的砂層潛水資源。根據(jù)不同的研究對(duì)象，不同研究者采用不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了不同的目的。綜上所述，大規(guī)模開采引起水資源減少以及水質(zhì)污染等問題已經(jīng)嚴(yán)重制約著西部的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)，這也使采煤理論研究和工程實(shí)踐成為西部礦區(qū)開發(fā)的重要問題。
�。保硨�(duì)土壤資源影響研究
煤礦開采造成了土地資源破壞，包括表層土壤和深層土壤的流失。礦區(qū)水土流失主要是因?yàn)槿藶閿_動(dòng)地面或者堆置的煤矸石等廢棄物的遷移和沉積。煤炭開采引起地表塌陷使坡地傾斜角度加大，加劇了土壤侵蝕程度，對(duì)建筑物及人類構(gòu)成了一定威脅。隨著土壤結(jié)構(gòu)破壞，土壤理化性質(zhì)也會(huì)發(fā)生惡化，在水土流失作用下，土壤的營養(yǎng)流失會(huì)增加。王青杵探討了黃土高原煤炭開采區(qū)的水土流失特征和規(guī)律，認(rèn)為該區(qū)水土流失形式既與原地貌條件下水土流失有著天然的聯(lián)系，又有采煤區(qū)獨(dú)特的侵蝕形式。傅耀軍對(duì)榆神府礦區(qū)水土流失進(jìn)行了初步預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，為該區(qū)水土流失的防治提供了依據(jù)。降水特征、地形地貌和植被覆蓋程度是影響水土流失量大小主要因素，因此，李德平提出改變矸石山局部小地形、縮短坡長(zhǎng)、快速恢復(fù)植被、提高土壤入滲是減少水土流失的有效途徑。栗麗揭示了采煤塌陷破壞了黃土丘陵區(qū)坡耕地土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了土壤淋溶侵蝕，使得土壤理化性質(zhì)惡化，需要引起關(guān)注。薛豐昌研究指出，淺埋煤層引起的地表形態(tài)改變導(dǎo)致區(qū)域土壤含水率存在一定的時(shí)空分異規(guī)律。臧蔭桐對(duì)毛烏素沙地南緣補(bǔ)連塔礦采煤沉陷后風(fēng)沙土理化性質(zhì)變化進(jìn)行研究，結(jié)果表明采煤影響程度最大的是土壤水分、其次是土壤結(jié)構(gòu)性質(zhì)，影響最小的是土壤化學(xué)性質(zhì)。綜合以上研究?jī)?nèi)容，關(guān)于淺埋礦區(qū)煤炭開采引起土壤資源破壞的.研究方向及內(nèi)容。
１．４對(duì)地表植被影響研究
煤田開發(fā)對(duì)植被直接破壞是煤炭基建和生產(chǎn)過程中毀壞和壓埋植被，如黃陵礦區(qū)，森林植被在開發(fā)之前覆蓋率高達(dá)９２％，開發(fā)后由于礦山工業(yè)建設(shè)、矸石堆放、開山修路、地面塌陷、濫砍濫伐等原因，覆蓋率下降了２０％～４０％。而間接破壞是指開采后礦區(qū)水環(huán)境變化對(duì)植被影響，在生態(tài)脆弱的西部礦區(qū)，這種影響是長(zhǎng)期的，有可能使植被破壞難以恢復(fù)。周瑩將半干旱煤礦區(qū)沉陷與未沉陷的植物群落進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)植物群落主要組成成分沒有發(fā)生明顯變化，群落的建群種沒有改變。胡振琪等分析了榆神府礦區(qū)的四期遙感影像數(shù)據(jù)，定量的說明二十年間植被覆蓋度整體提高，局部礦區(qū)則有所降低。吳立新利用遙感數(shù)據(jù)揭示出神東礦區(qū)十年間大部分地表植被覆蓋得到改善，原因是自然因素和人為因素。由此可知，在中國西北部大型煤礦區(qū)植被覆蓋變化受采礦的影響較小，這不僅與自然氣候因素有關(guān)，而且也與國家和政府對(duì)礦區(qū)植被的治理工作有關(guān)。
�。保祵�(duì)土地沙漠化影響研究
我國礦區(qū)沙漠化形勢(shì)嚴(yán)峻，其中以內(nèi)蒙古阿拉善、新疆塔里木河下游、青海柴達(dá)木盆地東南部等重要礦產(chǎn)區(qū)最為嚴(yán)重。大量礦產(chǎn)被沙漠掩埋、破壞，經(jīng)濟(jì)損失巨大，妨礙了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，因此，進(jìn)行礦區(qū)沙漠化防治和礦產(chǎn)保護(hù)尤為重要。楊根生等首次提出研究礦區(qū)的土地沙漠化現(xiàn)狀及其形成和發(fā)展，能夠積極治理現(xiàn)有沙漠化土地并預(yù)防沙漠化的進(jìn)一步發(fā)展，保障能源基地建設(shè)順利進(jìn)行，減少入河泥沙。徐友寧研究結(jié)果表明，在陜西大柳塔礦區(qū)，中度、重度沙漠化面積逐年縮小，總體由沙漠化向非沙漠化演變，采煤塌陷及地下水位下降并不會(huì)直接加劇土地沙漠化進(jìn)程。陳喜峰在分析了我國多個(gè)遭受荒漠化礦區(qū)的基礎(chǔ)上，指出人為和自然因素是礦區(qū)沙漠化的主要原因，并提出了礦區(qū)沙漠化防治和礦產(chǎn)保護(hù)的原則以及生物、工程固沙等措施。
２當(dāng)前研究存在的問題
針對(duì)淺埋煤層開采對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的研究，研究者已經(jīng)做了大量工作，但還存在以下問題。
�。ǎ保┐蠖嘌芯抗ぷ鲀H從淺埋煤層開采對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的某一方面切入，例如地表塌陷或者水資源破壞，造成了生態(tài)環(huán)境影響指標(biāo)體系不夠全面，制約了從一個(gè)更加全面和系統(tǒng)的角度去評(píng)價(jià)淺埋煤層開采引起的生態(tài)環(huán)境變化。
�。ǎ玻┭芯恐饕性诘乇硭菀鸬牟煌鷳B(tài)環(huán)境指標(biāo)問題上，如塌陷造成的地下水資源破壞、植被退化等，關(guān)于其他各生態(tài)指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)研究較少。例如水資源減少與植被種群變化、植被覆蓋度與沙漠化之間的關(guān)系研究，由于地下水位下降會(huì)導(dǎo)致植被退化，植被退化一定程度上又加劇了土地沙漠化和土壤質(zhì)量下降，而在生態(tài)脆弱的西部礦區(qū)，這些問題的影響會(huì)更加突出。
（３）當(dāng)前對(duì)淺埋煤層開采地表塌陷規(guī)律和預(yù)測(cè)模型的研究較多，但對(duì)整個(gè)地表生態(tài)影響規(guī)律、預(yù)測(cè)模型及預(yù)警系統(tǒng)的研究還相對(duì)匱乏。隨著西部礦區(qū)淺埋煤層開采量的增加，通過建立生態(tài)環(huán)境影響預(yù)測(cè)模型和預(yù)警系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模煤炭資源開采與生態(tài)環(huán)境保護(hù)相統(tǒng)一的有效途徑。
３研究方向
結(jié)合上述問題，今后一段時(shí)間對(duì)淺埋煤層開采引起的生態(tài)環(huán)境變化研究主要從以下幾方面展開。
（１）結(jié)合我國淺埋深煤層礦區(qū)的生態(tài)環(huán)境特點(diǎn)，從地表沉陷、水資源、土壤及植被等方面進(jìn)行深入分析，尋找它們之間的關(guān)聯(lián)性，挖掘出淺埋煤層開采影響生態(tài)環(huán)境的主要因素，并通過專家評(píng)價(jià)法構(gòu)建出基于多屬性生態(tài)環(huán)境影響的綜合指標(biāo)體系。
�。ǎ玻┰跇�(gòu)建綜合生態(tài)指標(biāo)體系后，選擇多個(gè)典型的淺埋煤礦區(qū)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，針對(duì)不同礦區(qū)的地理特征、自然氣候以及關(guān)鍵制約因素，利用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果確定不同指標(biāo)的子系統(tǒng)。
（３）在明確生態(tài)環(huán)境影響預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性因素的基礎(chǔ)上，研究淺埋深煤層煤礦生態(tài)影響規(guī)律，并依據(jù)評(píng)價(jià)體系中的各個(gè)指標(biāo)權(quán)重，采用灰色模型理論建立相互關(guān)聯(lián)的淺埋深煤層生態(tài)環(huán)境影響預(yù)測(cè)模型，運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值對(duì)模型進(jìn)行擬合校正，實(shí)現(xiàn)淺埋煤層開采對(duì)生態(tài)環(huán)境影響的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)。
４結(jié)語
為了使淺埋深煤層開采與生態(tài)環(huán)境能夠協(xié)調(diào)發(fā)展，政府和企業(yè)不僅需要建立完善的管理制度，還應(yīng)該加大對(duì)相關(guān)研究的資金投入。
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